DE19916710B4 - Tool drive device, in particular for machine tools - Google Patents
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Abstract
Werkzeugantriebseinrichtung
(1), insbesondere für
Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungseinheiten in Bearbeitungszentren,
die jeweils wenigstens eine beweglich gelagerte Maschinenspindel
aufweisen,
mit einem Spindeleinsatz (2), der eine mit einer
Maschinenspindel verbindbare Kupplungseinrichtung (3), ein Gehäuse (2),
einen steuerbaren Antrieb (9) zum Antreiben eines Werkzeugs, der
dazu eingerichtet ist, seine Speiseenergie in mechanische Energie
umzuwandeln, sowie mindestens eine Zuleitung (8) aufweist, die zur Übertragung
der Speiseenergie zu dem Antrieb (9) dient und ein oder mehrere Schleifringe
(8a, 8b, 8c) enthält,
die an der Außenseite
des Gehäuses
(2) angebracht und von diesem elektrisch isoliert sind,
mit
einem Koppelmittel (11), das ein oder mehrere Kontakte (32) enthält, die
zur Herstellung oder Auflösung
einer Energie übertragenden
Verbindung zwischen einer Speisequelle und dem Antrieb (9) mit dem
oder den Schleifringen (8) verbindbar und von diesen trennbar sind,
und mit einer Steuereinrichtung (36), die zum Ansteuern des Antrieb
(9) eingerichtet ist.Tool drive device (1), in particular for machine tools or machining units in machining centers, each having at least one movably mounted machine spindle,
a spindle insert (2) comprising a coupling device (3) connectable to a machine spindle, a housing (2), a controllable drive (9) for driving a tool adapted to convert its feeding energy into mechanical energy and at least one Supply line (8), which serves to transmit the feed energy to the drive (9) and one or more slip rings (8a, 8b, 8c) which are mounted on the outside of the housing (2) and electrically isolated from this,
a coupling means (11) containing one or more contacts (32) connectable to and separable from the slip ring (s) (8) to make or dissolve an energy transferring connection between a supply source and the drive (9); and with a control device (36) which is set up to drive the drive (9).
Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugantriebseinrichtung, die insbesondere für den Einsatz in Werkzeugmaschinen oder in Bearbeitungseinheiten von Bearbeitungszentren eingerichtet ist und die jeweils wenigstens eine beweglich gelagerte Maschinenspindel aufweisen.The The invention relates to a tool drive device, in particular for the Use in machine tools or machining units of machining centers is set up and each at least one movably mounted Have machine spindle.
Insbesondere für Zerspanungsaufgaben werden Werkzeugmaschinen bspw. zum Bohren, Drehen, Fräsen usw. verwendet.Especially for machining tasks Machine tools, for example, used for drilling, turning, milling, etc.
Das Werkzeug wird in eine entsprechende Werkzeugaufnahme eingesetzt, die in der Arbeitsspindel der betreffenden Werkzeugmaschine befestigt wird. Es stehen unterschiedliche Werkzeugaufnahmen zur Verfügung.The Tool is inserted into a corresponding tool holder, attached in the work spindle of the machine tool in question becomes. There are different tool holders available.
Während des Bearbeitungsvorgangs werden die Arbeitsspindeln von zugehörigen Antriebsvorrichtungen angetrieben. Zur Steuerung der Spindelbewegung, insbesondere ihrer Drehung und/oder Verstellung, dienen Steuereinrichtungen, die erweiterte elektronische Schaltungen oder Ablaufprogramme beinhalten können.During the Machining operation are the work spindles of associated drive devices driven. For controlling the spindle movement, in particular its Rotation and / or adjustment, serve control devices, the advanced electronic May include circuits or sequence programs.
Die Drehzahl der Spindel wird von der Steuereinrichtung innerhalb eines Drehzahlbereichs festgelegt. Dieser ist naturgemäß begrenzt. Gelegentlich werden, bspw. für sehr kleine Werkzeugdurchmesser oder aus anderen Gründen, Drehzahlen gefordert, die außerhalb des Drehzahlbereichs der Spindel liegen.The Speed of the spindle is within one of the control device Speed range determined. This is naturally limited. Occasionally, for example for very small tool diameter or other reasons, speeds demanded the outside the speed range of the spindle are.
Aus
der
Die Motorspindel wird in die Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine eingesetzt, um hochtourig antreibbare Werkzeuge verwenden zu können. Hierzu wird anstelle der langsam laufenden Hauptspindel der Werkzeugmaschine der Elektromotor derart von der CNC-Steuerung angesteuert, dass die Motorwelle und somit das Werkzeug mit hoher Drehzahl umlaufen können. Die Verwendung der Motorspindel erfordert also den einen Eingriff in die CNC-Steuerung der Werkzeugmaschine, der nicht immer möglich ist.The Motor spindle is in the tool holder of a machine tool used to use high-speed drivable tools. For this is used instead of the slow-moving main spindle of the machine tool the electric motor is controlled by the CNC control such that the Motor shaft and thus the tool can rotate at high speed. The Using the motor spindle thus requires an intervention in the CNC control of the machine tool, which is not always possible.
Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugantriebseinrichtung zu schaffen, die den Anwendungsbereich einer Werkzeugmaschine oder Bearbeitungseinheit erweitert. Dies soll möglichst ohne Eingriff in die vorhandene Maschinensteuerung geschehen.outgoing It is the object of the invention to provide a tool drive device to create the scope of a machine tool or Machining unit expanded. This should be possible without interference with the existing machine control happen.
Diese Aufgabe wird mit einer Werkzeugantriebseinrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.These Task is solved with a tool drive device, the having the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Werkzeugantriebseinrichtung weist einen Spindeleinsatz auf, der in einer Maschinenspindel vorzugsweise drehfest eingespannt werden und ein Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken tragen kann. Der Befestigung des Spindeleinsatzes in der Maschinenspindel dient eine Kupplungseinrichtung. Zum Antreiben des Werkzeugs ist in dem Spindeleinsatz ein Antrieb vorgesehen, der von einer außerhalb des Spindeleinsatzes angeordneten Speisequelle gespeist und von einer Steuereinrichtung gesteuert werden kann. Die Speisung wird über ein mit den Zuleitungen des Antriebs verbindbares Koppelmittel bewerkstelligt. Die Steuerung des Antriebs erfolgt gemäß Anspruch 1 in Abhängigkeit von der Bewegung der Maschinen spindel, zu deren Erfassung die Werkzeugantreibseinrichtung eine Erfassungseinrichtung aufweist.The Tool drive device according to the invention has a spindle insert, preferably in a machine spindle rotatably clamped and a tool for machining workpieces can carry. The attachment of the spindle insert in the machine spindle serves a coupling device. To drive the tool is in the spindle insert a drive provided from an outside the spindle insert arranged supply source fed and from a control device can be controlled. The feed is over accomplished with the supply lines of the drive connectable coupling agent. The control of the drive takes place according to claim 1 in dependence from the movement of the machine spindle, for the detection of the Werkzeugabreibseinrichtung a Detection device comprises.
Von der Bewegung der Spindel wird mittels der Erfassungseinrichtung ein bspw. die Drehzahl kennzeichnendes Signal gewonnen, das als Eingangssignal für die Steuereinrichtung verwendet wird, um den Antrieb des Werkzeugs und somit dessen Bewegung zu steuern. Die Erfassung der Drehzahl erfordert keinerlei Zugriff auf die Maschinensteuerung, insbesondere werden keine von der Maschinensteuerung herrührenden Steuersignale benötigt. Die Steuereinrichtung ist von der sonstigen Maschinensteuerung getrennt, unabhängig und somit autark.From the movement of the spindle is by means of the detection device an example. The speed characterizing signal obtained as Input signal for The control device is used to drive the tool and thus to control its movement. The detection of the speed does not require any access to the machine control, in particular No control signals originating from the machine control are required. The Control device is separated from the other machine control, independently and thus self-sufficient.
Zur Speisung des Elektromotors mit Energie ist mindestens ein Schleifring vorgesehen, der an der Außenseite des Gehäuses des Spindeleinsatzes, von diesem elektrisch isoliert angebracht und über eine Zuleitung mit dem Antrieb verbunden ist. Der Schleifring steht im Betrieb mit einem zugehörigen Kontakt, bspw. einem Schleifkontakt des Koppelmittels in Eingriff. Bei der Drehbewegung der Maschinenspindel schleifen die Schleifkontakte an den Schleifringen und stellen somit die Energiezufuhr zum Antrieb sicher. Die Schleifkontakte können auch an eine Ansteuereinheit angeschlossen sein, die Ansteuersignale für den Antrieb erzeugt. Statt Schleifkontakte können auch Rollen verwendet werden. Die Speisung kann auch berührungslos, bspw. transformatorisch erfolgen.To power the electric motor with energy at least one slip ring is provided, which is mounted on the outside of the housing of the spindle insert, electrically isolated from this and connected via a supply line to the drive. The slip ring is in operation with an associated contact, for example. A sliding contact of the coupling means in engagement. During the rotary movement of the machine spindle, the sliding contacts grind on the slip rings and thus ensure the energy supply to the drive. The sliding contacts can also be connected to a drive unit that generates drive signals for the drive. Instead of sliding contacts and roles can be used. The supply can also be non-contact, for example. Transformed.
Die Energieversorgung kann, sofern erwünscht, durch Anzapfung der Maschinensteuerung oder der Speisequelle der Werkzeugmaschine erfolgen. Es kann jedoch auch eine eigene Speisequelle zur Energieversorgung vorgesehen werden.The Power supply can, if desired, by tapping the Machine control or the supply source of the machine tool done. However, it can also have its own power source for energy be provided.
Beiden Lösungen ist gemeinsam, dass sie den Anwendungsbereich einer Maschinenspindel erweitern. Mit der Werkzeugantriebseinrichtung ist es möglich, die Drehzahl der Maschinenspindeln über die Möglichkeiten der Maschinenspindel hinaus zu Vergrößern. Anders als bei einem passiven Vorsatzgetriebe kann hier durch die zusätzliche Leistungseinspeisung in dem Antrieb an dem Werkzeug insgesamt eine Leistung umgesetzt werden, die die Leistung der Maschinenspindel übersteigt. Das maximale Drehmoment kann vollständig erhalten werden, während die Drehzahl vergrößert wird.Both solutions is common that they are the scope of a machine spindle expand. With the tool drive device, it is possible to Speed of the machine spindles over the options to enlarge the machine spindle. Unlike one passive auxiliary transmission can here by the additional power supply in the drive on the tool a total power implemented which exceeds the power of the machine spindle. The maximum torque can completely to be obtained while the speed is increased.
Der Spindeleinsatz weist eine Kupplungseinrichtung, z. B. einen Steilkegelschaft, auf, der eine sichere, drehfeste und wieder lösbare Verbindung mit der Maschinenspindel ermöglicht. Außerdem weist er ein im Wesentlichen zylindrisches, ein- oder mehrteiliges Gehäuse auf, in dessen Inneren der Antrieb angeordnet ist.Of the Spindle insert has a coupling device, for. B. a steep taper, on, the safe, non-rotatable and detachable connection with the machine spindle allows. Furthermore he has a substantially cylindrical, one or more parts casing on, in the interior of the drive is arranged.
Sollen Zerspanungsoperationen mit drehendem Werkzeug ausgeführt werden, ist der Antrieb als Drehantrieb ausgebildet. Zum Antreiben des Werkzeugs dient dann ein Motor, z. B. ein Elektromotor. Es können Gleichstrommotoren, Synchronmotoren oder Asynchronmotoren für ein oder mehrphasigen Wechselstrom Verwendung finden. Es können auch hydraulische oder pneumatische Antriebe verwendet werden, mit denen Dreh- oder Axialbewegungen des Werkzeugs erzielt werden können. Die Motoren können direkt oder über ein Getriebe antriebsmäßig mit dem Werkzeug verbunden sein.Should Machining operations are performed with rotating tool, the drive is designed as a rotary drive. For driving the tool then serves an engine, for. B. an electric motor. It can be DC motors, Synchronous or asynchronous motors for single or multi-phase alternating current Find use. It can also hydraulic or pneumatic drives can be used with which rotary or axial movements of the tool can be achieved. The Engines can directly or via a gear drive with the Be connected tool.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Aufnahme des Werkzeugs eine Aufnahmevorrichtung vorgesehen, die eine Werkzeugspindel aufweist, in die das Werkzeug drehfest eingespannt wird. Innen weist die Werkzeugspindel vorzugsweise die Form eines Konus auf. Die Werkzeugspindel wird dann durch eine drehbar gelagerte Welle gebildet und ragt aus dem Gehäuse hinaus. Die Welle ist mit einem umlaufenden Teil des Motors (Innen- oder Außenläufer) drehfest verbunden. Vorzugsweise sind die Welle und die Werkzeugspindel rotationssymmetrisch zu einer durch die Maschinenspindel festgelegten Drehachse ausgebildet. Die Werkzeugspindel kann jedoch auch ein Schnellspannelement, ein Spannfutter und dgl. tragen.at a preferred embodiment The invention is a receiving device for receiving the tool provided, which has a tool spindle into which the tool is clamped rotatably. Inside, the tool spindle preferably the shape of a cone. The tool spindle is then replaced by a rotatably mounted shaft formed and protrudes out of the housing. The shaft is connected to a rotating part of the engine (inside or outside) External rotor) rotationally fixed connected. Preferably, the shaft and the tool spindle are rotationally symmetrical formed to a rotational axis defined by the machine spindle. However, the tool spindle can also be a quick-release, a Chuck and the like wear.
Die der Energieversorgung dienenden Schleifringe sind vorzugsweise an einem kegelförmigen Teil des Gehäuses angeordnet, dessen Durchmesser von der Maschinenspindel weg zunimmt. Die Schleifringe haben deshalb unterschiedliche Durchmesser. Der kleinste Durchmesser ist größer als derjenige eines beliebigen Teils der Kupplungseinrichtung. Dadurch kann der Spindeleinsatz in die Maschinenspindel eingeführt werden kann, ohne die Lage des Kontaktsatzes zu verändern. Dieser kann dann starr an der Werkzeugmaschine befestigt sein, wobei er vorzugsweise leicht gekippt, der Steigung des kegelförmigen Gehäuseteils entsprechend angeordnet ist. Beim Einführen des Spindeleinsatzes wird der Kontakt zwischen den Schleifringen und den Schleifkontakten von selbst hergestellt. Der Kontaktsatz kann auch verstellbar und oder separat gelagert sein.The the power supply serving slip rings are preferably on a cone-shaped Part of the housing arranged, whose diameter increases away from the machine spindle. The slip rings therefore have different diameters. Of the smallest diameter is larger than that of any part of the coupling device. Thereby the spindle insert can be inserted into the machine spindle can change without changing the location of the contact set. This can then be rigid be attached to the machine tool, preferably preferably easily tilted, the slope of the cone-shaped housing part is arranged accordingly. When inserting the spindle insert is the contact between the slip rings and the sliding contacts made by itself. The contact set can also be adjustable and or stored separately.
Die Sicherheit des Werkzeugantriebseinrichtung wird erhöht, wenn nur während des Bearbeitungsvorgangs Spannung an den Schleifkontakten anliegt. Werden mit der Erfassungseinrichtung Umdrehungszahlen detektiert, die mindestens so groß sind wie ein definierter Schwellwert, vorzugsweise 30 U/min, wird bspw. durch automatisches Schlie ßen eines Schalters die Stromzufuhr zu den Schleifkontakten ermöglicht. Bei Drehzahlen unterhalb des Schwellwertes wird der Stromkreis geöffnet.The Safety of the tool drive device is increased when only during the machining process voltage applied to the sliding contacts. If rotational speeds are detected with the detection device, that are at least as big as a defined threshold, preferably 30 U / min, is, for example. by automatic closing a switch allows the power supply to the sliding contacts. At speeds below the threshold, the circuit is opened.
Zur Drehzahlerfassung werden berührungslose, magnetische oder optische Methoden bevorzugt. Es kann z. B. ein mit dem Spindeleinsatz oder der Maschinenspindel drehbar verbundenes Metallteil dazu dienen, bei jeder Umdrehung einen kurzen Spannungsimpuls in einer feststehenden Spule zu induzieren.to Speed detection are non-contact, magnetic or optical methods preferred. It can, for. B. a rotatably connected to the spindle insert or the machine spindle Metal part serve, with each revolution a short voltage pulse to induce in a fixed coil.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Erfassungseinrichtung einen Signalgeber, insbesondere eine Lichtquelle, und einen Signalaufnehmer, insbesondere einen Lichtsensor, auf. Die Erfassungseinrichtung wird vorzugsweise an der Werkzeugmaschine, bspw. an dem die Maschinenspindel führenden Spindelstock, oder dem Kontaktsatzträger zur Justierung verstellbar angebracht. An der Werkzeugkupplung oder an der Maschinenspindel wird eine Markierung, bspw. ein schmales Metallplättchen, befestigt, das von der Lichtquelle ausgesandtes Licht reflektiert. Ein dadurch erzeugtes, die Drehzahl der Maschinenspindel kennzeichnendes Signal, bspw. ein dazu proportionales Impulssignal, wird dann zur Steuereinrichtung gesendet.In an advantageous embodiment, the detection device a signal generator, in particular a light source, and a signal sensor, in particular a light sensor, on. The detection device is preferably on the machine tool, for example, on which the machine spindle leading Headstock, or the contact set carrier for adjustment adjustable appropriate. On the tool coupling or on the machine spindle becomes a mark, for example a narrow metal plate, attached, the light emitted from the light source reflects. A generated thereby, the speed of the machine spindle characteristic Signal, for example, a pulse signal proportional thereto, then becomes Control device sent.
Als Markierung kann ein kreisringförmiger Klemmkörper dienen, der andere optische Eigenschaften aufweist, als die Stelle, an der er zu befestigen ist. Der Klemmkörper kann eine Unterbrechung oder Ausnehmung aufweisen. Der Durchgang der Unterbrechung oder Ausnehmung vor dem Sensor erzeugt das Signal.As a marker can serve a toroidal clamp body having other optical properties, as the point to which it is to be attached. The clamping body may have an interruption or recess. The passage of the Interruption or recess in front of the sensor generates the signal.
Es können außerdem Markierungen vorgesehen werden, die bei jeder Umdrehung mehrere Sensorsignale verursachen. Die Markierungen können im einfachsten Fall gleichmäßig beabstandet und bspw. an einem Klebeband vorgesehen sein.It can Furthermore Markers are provided, the more sensor signals at each revolution cause. The markers can evenly spaced in the simplest case and For example, be provided on an adhesive tape.
Die Steuereinrichtung nutzt die von der Erfassungseinrichtung ankommenden Signale, um ein entsprechendes Speisesignal für den Antrieb zu generieren. So kann der Drehzahlbereich des Werkzeugs mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erweitert werden. Vorhandene Werkzeugmaschinen werden damit ohne Eingriff in deren Mechanik oder Elektronik vielseitiger verwendbar gemacht.The Control device uses the incoming from the detection device Signals to generate a corresponding supply signal for the drive. Thus, the speed range of the tool with the device according to the invention be extended. Existing machine tools are thus without Intervention in their mechanics or electronics versatile made.
Die Steuereinrichtung kann in den Spindeleinsatz integriert werden oder separat untergebracht werden. Sie kann ferner mittels entsprechender auf einem Rechner ablaufenden Programme gesteuert werden. Für den Benutzer kann eine Bedienoberfläche vorgesehen werden.The Control device can be integrated in the spindle insert or be accommodated separately. You can also by means of appropriate be controlled on a computer running programs. For the user can be a user interface be provided.
Vorzugsweise ist zur Kühlung des Werkzeugs in der Werkzeugantriebseinrichtung mindestens eine Zufuhrleitung für Kühlflüssigkeit oder Druckluft sowie eine nach außen führende vorzugsweise schwenkbar angeordnete Düse, bspw. aus Kunststoff, vorgesehen. Außerdem kann dadurch auch gleichzeitig die Wärme aus der Werkzeugantriebseinrichtung abgeleitet werden.Preferably is for cooling of the tool in the tool drive device at least one Supply line for coolant or compressed air and an outwardly leading preferably pivotally arranged nozzle, For example, made of plastic, provided. In addition, it can also be done simultaneously the heat be derived from the tool drive device.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der Zeichnung und/oder der zugehörigen Beschreibung.Further advantageous details of embodiments of the invention result from subclaims, the drawing and / or the associated Description.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing is an embodiment of the Subject of the invention shown. Show it:
Eine
Werkzeugantriebseinrichtung
An
den zylindrischen Abschnitt
Die
Werkzeugantriebseinheit
Wie
aus
Von
dem Stator
Der
Anschlusskopf
Die
Ansteuereinheit
Die
Ansteuereinheit
Die
insoweit beschriebene Werkzeugantriebseinrichtung
Die Werkzeugantriebseinrichtung
The tool drive device
Außerdem wird
in oder an der Werkzeugmaschine die Steuereinrichtung der Werkzeugantriebseinrichtung
An
der Bedieneinheit
Auf
diese Weise lassen sich Drehzahlen erreichen, die der Maschinenspindel
sonst nicht zugänglich
wären.
Außerdem
kann durch die Bedieneinheit
Abweichend
von der vorbeschriebenen Ausführungsform
ist es ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen möglich, die
Ansteuereinheit
Die
vorbeschriebenen Ausführungsformen haben
den Vorzug, dass auch nicht ganzzahlige Drehzahlverhältnisse
durch entsprechende Programmierung der Ansteuereinheit
Eine
Werkzeugantriebseinrichtung
Außerdem ist
eine Steuereinrichtung
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